过表达马铃薯气孔密度调节因子StEPF1增强拟南芥抗旱性

表皮模式因子1 (epidermal patterning factor 1, EPF1)是气孔发育的负调控因子,对于植物生长发育和环境胁迫响应至关重要。为了明确马铃薯EPF1在气孔发育过程中的功能,本研究从‘大西洋’(Atlantic)马铃薯品种中克隆得到气孔密度表皮模式因子St EPF1,并对该基因的表达特性及功能进行分析。亚细胞定位显示StEPF1主要定位于细胞间隙并且它在顶端未展开叶中表达最多。StEPF1基因表达量在一天中呈现周期性变化,长日照条件下(16/8 h,光照/黑暗),在授时因子为20 h时表达量达到最高。聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫、脱落酸(ABA)和NaCl胁迫处理后,其表达水平均呈现出持续降低的趋势。功能鉴定表明,过量表达StEPF1基因的拟南芥(E1)植株相对于野生型(WT)植株的气孔密度显著降低,E1植株的光合速率也随之降低。此外,与野生型相比(WT),E1植株离体叶片的水分散失速率和H2O2含量也显著降低。干旱胁迫下,E1株系的光合速率、气孔导度和瞬时水分利用效率(iWUE)都显著高于野生型拟南芥。综上结果可知,表皮模式因子St EPF1在调控植物气孔密度和抗旱性上具有重要作用,本研究结果为后期通过调节StEPF1基因的表达,培育抗旱节水型马铃薯株系提供理论基础。     

OsWR2-RNAi对水稻角质层生物合成和耐旱性的影响

植物的角质层在干旱胁迫下对降低植物的非气孔性失水起重要作用。对水稻蜡质相关转录因子基因OsWR2过表达研究发现,OsWR2对水稻表皮蜡质和角质的含量和组分构成以及非气孔性失水均有影响,推测OsWR2是植物角质层代谢途径中重要的调控基因。本研究通过构建OsWR2-RNAi载体并转入水稻获得抑制OsWR2表达的突变转基因植株,发现OsWR2-RNAi水稻叶片角质层组成和含量明显变化,其蜡质组分中醛类、醇类和烷烃类的减少导致表皮蜡质晶体的积累和表皮蜡质总量减少14.8%,角质单体中C16:0ω-OH、C18:1ω-OH脂肪酸和di-OH脂肪酸等角质组分含量的显著降低导致OsWR2-RNAi水稻叶片中角质单体总量减少36.2%。幼苗干旱处理前后,OsWR2-RNAi植株自由脯氨酸含量与野生型相比变化不大,但其表皮通透性、水分散失率和MAD含量显著增加,幼苗耐旱性降低。本研究结果进一步证实OSWR2对水稻蜡质和角质生物合成及对非气孔性失水的调控作用,有望为水稻耐旱性状的改良提供重要基因资源。     

干旱胁迫对大豆苗期光合生理特性的影响

为了探明大豆干旱胁迫的生理特性,以‘豫豆19’为实验材料,采用盆栽方式,设置对照(CK),轻度干旱胁迫(L),中度干旱胁迫(M)和重度干旱胁迫(N)4个水分处理水平,研究了不同水分条件下大豆幼苗的生理生化响应。结果显示：随着干旱胁迫的加强,叶片中叶绿素含量降低,游离脯氨酸含量逐渐增加,可溶性糖含量显著升高。随着干旱胁迫时间的延长,叶片中丙二醛含量呈升-降-升的变化趋势,超氧化物歧化酶(SOD)活性呈现先增加后降低的变化趋势。干旱胁迫下,大豆的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)显著降低(P<0.05);水分利用效率(WUE)在轻度水分胁迫条件下有所提高,在中度胁迫下又有一定的下降,在重度胁迫下则明显降低;胞间CO2含量(Ci)在轻度和中度干旱胁迫下降低而在重度干旱胁迫下又明显升高,说明在轻度和中度干旱胁迫下,光合速率的下降是由气孔因素造成的;在重度干旱胁迫下光合速率的下降是由非气孔因素造成的。     

干旱胁迫对小麦染色体代换系旗叶相对含水量和离体失水速率的影响

以中国春-Synthetic 6x小麦染色体代换系及其亲本为材料,对其旗叶相对含水量(RWC)、离体叶片失水速率(RWL)进行测定。结果表明,在干旱胁迫下,1A,2D和3D代换系叶片的相对含水量及其干旱/对照值显著或极显著高于中国春,3A,3B,4B,5B,6B,1D,2D和4D代换系叶片离体失水速率及其干旱/对照值显著或极显著低于中国春。由此表明,Synthetic 6x的1A,2D和3D染色体上可能存在干旱胁迫下调控相对含水量的基因,Synthetic 6x的3A,3B,4B,5B,6B,1D,2D和4D染色体上可能存在干旱胁迫下调控离体失水速率的基因。     

干旱胁迫对西洋参叶片光合日变化的影响

采用盆栽试验研究了正常供水(土壤含水量为最大持水量的85%)和干旱胁迫(土壤含水量为最大持水量的45%)条件下3年生西洋参叶片的光合日变化。结果表明,(1)干旱胁迫导致净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)下降,分别比对照下降43.4%、17.4%、24.3%和25.7%。(2)开花期西洋参叶片Pn、Gs、Tr的日变化均表现为单峰型曲线。在干旱胁迫下,Pn、Gs和Tr均出现较大的日下降变化。(3)在干旱胁迫下胞间CO2浓度(Ci)升高,这说明在干旱胁迫下虽然Pn和Gs都呈下降趋势,但光合日下降以及胁迫导致的光合降低主要是由非气孔因素引起的。     

花铃期不同钾效率基因型棉花对干旱和低钾胁迫的响应差异

以钾高效和钾低效基因型棉花(HEG和LEG)为试验材料,研究了最优水肥(W1K1),干旱胁迫(W2K1),低钾胁迫(W1K2),干旱、低钾胁迫(W2K2)对其光合作用及水分、钾素利用率的影响。结果表明:干旱显著降低花铃期2种基因型棉花叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr),导致蕾铃脱落,钾素利用率(KUE)降低,造成棉花减产。施钾促进叶片Pn及水分利用率(WUE)的提高,但基因型间存在差异,LEG叶片WUE与施钾量成正比,HEG相反。低钾胁迫下HEG的Pn、Tr下降,但Pn下降幅度小于Tr,WUE增大。较高的WUE有利于提高棉花Pn,降低蕾铃脱落率,促进钾素的高效吸收和运输。     

基于隶属函数法的PEG-6000模拟干旱下文山辣椒抗氧化能力分析

为了评价云南文山州主栽辣椒品种在干旱胁迫下的抗氧化能力及其与品种紫化程度的关联性,用分光光度法研究了云南文山州主栽辣椒品种‘ZSZ75-1’、‘ZSZ49-1-1’、‘12WS-18-1’、‘12ZH01’和‘ZS130’叶片在PEG-6000模拟干旱胁迫下抗氧化酶比活力和丙二醛(MDA)含量,并用隶属函数法分析了各品种叶片的综合抗氧化能力。结果表明:在PEG-6000模拟干旱胁迫下,5个辣椒品种叶片可溶性蛋白质含量特征为:‘ZSZ75-1’‘12ZH01’‘ZSZ49-1-1’‘12WS-18-1’‘ZS130’,过氧化氢酶(CAT)比活力为:‘ZSZ75-1’‘ZSZ49-1-1’‘ZS130’‘12WS-18-1’‘12ZH01’,过氧化物酶(POD)比活力为:‘ZSZ75-1’‘ZS130’‘ZSZ49-1-1’‘12WS-18-1’‘12ZH01’,超氧化物歧化酶(SOD)比活力为:‘12WS-18-1’‘ZS130’‘12ZH01’‘ZSZ49-1-1’‘ZSZ75-1’,MDA含量为:‘ZSZ75-1’‘12WS-18-1’‘12ZH01’‘ZS130’‘ZSZ49-1-1’。但是,5个品种叶片可溶性蛋白质和MDA含量及CAT和SOD比活力之间的差异均未达到显著水平,而POD比活力间的差异均仅达到显著水平。5个品种叶片的综合抗氧化能力为:‘ZS130’‘ZSZ49-1-1’‘ZSZ75-1’‘12WS-18-1’‘12ZH01’。因此,文山州主栽辣椒品种特定器官积累花色苷并不贡献于叶片在干旱胁迫下抗氧化能力的强化。本研究可为文山州辣椒品种抗旱能力的评价、花色苷积累和抗旱性关系的探究和抗旱新品种的选育提供参考。     

干旱胁迫对玉米品种苗期叶片光合特性的影响

维持较高的光合作用对于作物适应干旱逆境意义重大,光合电子传递和气孔行为是作物光合机构的重要组成部分,而玉米上有关它们之间的组合响应干旱胁迫研究报道较少。本文将2个主推玉米品种陕单609和郑单958生长在自然光和4个干旱胁迫下的干旱棚内,对其叶片的光系统II(PSII)的电子传递功能和气孔导度进行了研究。结果显示,中度和重度干旱胁迫下2个品种叶片净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)显著下降,而伴随着胞间CO2浓度(Ci)上升,显示光合速率下降是非气孔因素所致。JIP-test分析发现干旱胁迫下2个品种叶绿素荧光诱导动力曲线(OJIP)中出现了K-band,说明光系统II(PSII)放氧复合体(OEC)受到抑制和PSII供体侧与受体侧电子传递不平衡;同时干旱胁迫下反映从PSII供体侧到PSI末端受体电子流的荧光参数显著改变,损伤了光系统II和I之间光合电子传递链,限制CO2同化。品种间光合特性对干旱胁迫的响应存在差异,重度干旱对郑单958叶片光合机构的影响比对品种陕单609大。以上结果表明,中度和重度干旱下玉米品种叶片Pn下降归属于光化学活性的衰退;陕单609光合机构的耐旱性强于郑单958。     

干旱胁迫对山杏光合特性的影响

为筛选干旱地区生态建设的优良品种,以盆栽山杏为试材,控水模拟不同土壤水分状况,探讨了不同程度干旱胁迫对山杏叶片光合特性的影响.结果表明,山杏叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度随着干旱胁迫程度的加强而降低.随着温度的升高,叶片净光合速率和水分利用效率降低、蒸腾速率升高,加重了干旱对其光合作用的影响.对照、轻度和中度干旱胁迫下的净光合速率、气孔导度及水分利用效率日变化曲线呈双峰型,重度胁迫下净光合速率和气孔导度日变化为单峰型.说明在一定的干旱条件下,山杏光合作用对干旱胁迫具有一定的适应能力.     

两个玉米自交系苗期叶温的干旱响应研究

利用远红外热成像系统的技术,研究玉米自交系综3与87-1苗期叶片对干旱的响应以及生物量的积累变化。结果表明,在遭受中度干旱胁迫的条件下,87-1的相对生物鲜重(0.716)及相对生物干重(0.799)显著高于综3(0.564,0.658),87-1的叶温差(0.30℃)显著高于综3(0.13℃)。通过离体叶片分析,综3离体叶片较87-1失水速率快,叶温在离体短时间内下降更低。表明在响应水分胁迫方面,87-1较综3叶片蒸发量小,叶温变化大,保水能力好,87-1表现出了更强的耐旱性。生物量积累与叶温差存在紧密的相关性,较高叶温差的基因型在遭受到水分胁迫时生物量积累更强。     

玉米杂交种及亲本自交系气孔特征

作物主要依靠叶片表面的气孔进行CO2吸收和水分蒸散,从而影响光合和蒸腾等重要生理过程.赵瑞霞等[1]发现不同时期干旱使小麦叶片背面气孔长度变短,对气孔宽度的影响很小.而在水稻上孟雷等[2]认为水分胁迫使叶片气孔长度和宽度都明显减小,气孔密度与气孔宽度呈显著负相关(r=-0.90*,n=7),气孔长度和宽度呈显著正相关(r=0.71*,n=7).但刘丽霞等[3]对水稻叶片气孔性状间的分析结果不同,气孔密度与气孔宽度、气孔长度与宽度间均相关不显著.可见,气孔性状间的相关性仍值得深入研究.     

干旱胁迫对吊兰生理特性及光合作用的影响

以盆栽吊兰(Chlorophytum comosum)为材料,研究了自然干旱胁迫对吊兰生理特性及光合作用的影响。结果表明,(1)自然干旱胁迫下,随着土壤相对含水量的降低,吊兰叶片失水发生内卷或折叠至枯萎,叶片相对含水量降低,叶片中过氧化氢(H₂O₂)和超氧阴离子(O₂^-·)积累、叶片相对电导率(REC)升高,质膜遭到系统破坏,质膜过氧化。(2)吊兰的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和胞间CO₂浓度(C_i)均随着干旱胁迫程度的增加而不断降低,表明吊兰在干旱胁迫下P_n下降的主要是由气孔限制造成。(3)干旱胁迫下,吊兰的PSⅡ的最大光化学效率(F_v/F_m)和实际光化学效率(Φ_PSⅡ)呈下降趋势,初始荧光(F_o)和非光化学猝灭系数(qN)在第0～24天呈上升趋势,能以热耗散的形式来避免或减轻光能过剩对其系统的...     

壳寡糖对干旱胁迫下油菜光合参数的影响

采用酶解法获得壳寡糖, 利用CIRAS-2型便携式光合仪测定干旱胁迫下油菜光合参数。其叶片的净光合速率(P_n)、气孔导度(Gs)、胞间CO₂浓度(Ci)显著降低; 气孔限制值(L_s)显著提高。说明气孔限制是油菜在干旱胁迫下P_n降低的主要原因。用50 mg L^-1壳寡糖溶液喷施油菜的幼苗叶片后发现干旱胁迫下油菜叶片的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)显著提高; 气孔限制值(L_s)显著降低。说明壳寡糖有助于减轻气孔限制引起的净光合速率的降低。壳寡糖还能促进幼苗根系生长。     

干旱对大豆生理及产量影响的研究

干旱对农业生产影响巨大,开展干旱胁迫对大豆生理及产量影响的研究,将为干旱地区大豆生产提供理论依据。利用塑料整理箱进行了干旱胁迫对大豆光合生理、叶片抗氧化物酶和渗透调节物以及生物量、产量影响的研究,土壤水分为干旱(45%~55%的田间土壤最大持水量)和湿润(80%~100%的田间土壤最大持水量,CK)2个水平,进行了2年的试验研究。结果表明,干旱胁迫使大豆净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均明显下降,使水分利用率增加;干旱胁迫对大豆叶片过氧化酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)含量无显著影响;干旱使大豆叶片丙二醛(MDA)含量、还原糖含量和可溶性总糖含量增加25.00%,47.09%和47.16%。干旱胁迫使大豆株高、节数、茎粗明显下降。干旱使大豆地上部分生物量明显下降,其中2013年下降39.4%,2014年下降69.6%。干旱使大豆籽粒产量明显下降,2013,2014年分别下降46.9%和81.6%。干旱胁迫下,大豆叶片气孔导度显著下降,使CO2供应受到严重影响,降低叶片净光合速率。干旱胁迫还会使大豆细胞膜结构造成一定的破坏,影响植物正常的光合作用,使大豆光合代谢产物下降。虽然大豆可以通过渗透调节物质来保持细胞的水分,但干旱仍然抑制了植株的正常生长,使大豆生物量和产量下降。     

水分胁迫下钙、钙调素对小麦幼苗生长及过氧化物酶同工酶的影响

以丰抗 8号冬小麦幼苗为材料 ,研究了水分胁迫下Ca2 和钙调素 (CaM )对叶片和根系过氧化物酶 (POD)同工酶的影响。结果表明 ,Ca2 /CaM作为第二信使参与了干旱信号的传导 ,同时提高了POD同工酶活性、增强了小麦幼苗适应旱胁迫的能力 ,并存在明显的剂量效应。在多种逆境信使系统中 ,POD同工酶基因可能优先感受Ca2 /CaM信使系统传导的干旱信号。小麦幼苗不同器官之间存在着干旱信号相互传递。与叶片相比 ,根系POD同工酶基因感受干旱信号的能力更强     

盐胁迫下高粱新生叶片结构和光合特性的系统调控

以C₄作物高粱为材料,研究了盐胁迫下新生叶片结构和光合特性的系统调控。结果表明：(1)盐胁迫导致成熟叶和新生叶水势、光合速率、气孔导度明显下降,光抑制程度略有增强;并且新生叶片上下表面气孔密度均增加。(2)非盐胁迫条件下,成熟叶遮荫对其自身和新生叶水势影响不显著,但两者光合速率、气孔导度和叶片可溶性糖含量降低,对强光敏感性增强;同时,降低成熟叶光强还显著降低新生叶的叶片厚度、气孔密度、维管束鞘细胞表面积;(3)盐胁迫下成熟叶遮荫诱导的新生叶结构和光合功能变化与非盐胁迫条件下趋势相似。双因素方差分析显示,盐胁迫下成熟叶遮荫能明显加剧高粱成熟叶和新生叶两者光合速率和气孔导度的下降并增强对强光的敏感性。因此认为,盐胁迫下高粱新生叶片的结构和光合功能均受到系统信号调控;提高成熟叶所处环境光强有助于改善盐胁迫下新生叶发育和碳同化能力,并一定程度上缓解光抑制。这对理解盐胁迫下高粱抗盐性具有重要意义。     

干旱胁迫对金光杏梅叶片渗透调节物质和光合作用的影响

以金光杏梅盆栽幼苗为试材,研究了干旱胁迫对金光杏梅叶片渗透调节物质含量和光合作用日变化的影响.结果表明:随着干旱胁迫程度的增加,金光杏梅叶片相对含水量和叶绿素含量都明显降低;细胞质膜透性、丙二醛(MDA)、可溶性糖、脯氨酸(Pro)的含量显著增加;叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔导度等都随着干旱胁迫的加重而降低,细胞间隙CO2浓度随着干旱胁迫的加重而升高;轻度干旱胁迫下,气孔限制是净光合速率降低的主要原因;严重干旱胁迫下,非气孔限制是净光合速率降低的主要原因.     

水分胁迫对大丽花光合作用、蒸腾和气孔导度的影响

以大丽花品种‘粉西施’盆栽扦插苗为试材,研究了不同程度水分胁迫及复水对大丽花品种粉西施叶片光合作用、蒸腾和气孔导度的影响。结果表明：随着水分胁迫程度的加深和胁迫时间的延长,大丽花叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和水分利用率(WUE)下降,胞间CO2浓度(Ci)先下降后上升,气孔限制值Ls先升高后下降。轻度和中度水分胁迫下,气孔限制是Pn降低的主要原因;重度水分胁迫下,非气孔限制是Pn降低的主要原因。重度胁迫更早对大丽花叶片造成伤害,重度胁迫下复水后光合指标难以恢复。     

土壤水分胁迫对玉米光合特性的影响

采用盆栽方法,测定了土壤水分胁迫下拔节期和抽雄开花期玉米叶片光合特性。结果表明,水分胁迫下玉米叶片光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)的平均水平与对照相比显著降低;抽雄-开花期下降幅度大于拔节期。光合速率下降主要受非气孔因素限制。水分胁迫改变了玉米叶片光合参数日变化规律。水分胁迫下,白单9的Pn,WUE,叶片叶绿素相对含量和叶面积明显高于白单31。     

水稻NAL11基因对苗期非生物逆境的响应分析

为了探究NAL11基因在水稻苗期对非生物逆境的响应机制及功能,对含NAL11基因的粳稻品种02428及其近等基因系NIL-8进行高温、低温、盐胁迫和模拟干旱胁迫处理,以正常处理的植株作为对照,观察植株表型、测定各处理下叶片的多种生理指标,并比较NAL11基因在不同逆境处理下的表达量情况。研究结果发现,高温、低温、盐胁迫处理导致02428与NIL-8均表现出一定程度的萎蔫、干枯症状,但两者差异并不明显;15%PEG-6000模拟干旱处理均导致二者叶片萎蔫、叶尖枯黄卷曲,但NIL-8植株的症状相对较轻,且与02428相比NIL-8的相对电导率降低、SPAD值增高;其次,与02428相比,NIL-8的SOD含量差异不显著;然而在低温和干旱胁迫下,NIL-8的CAT含量显著高于02428。表明NIL-8比02428具有更好的抗旱能力。实时定量PCR结果表明,高温、低温、盐害及模拟干旱胁迫下,NAL11表达量均迅速升高,随着处理时间的延长,其表达量表现出不同的动态变化。NAL11基因的表达受高温、低温、盐及模拟干旱胁迫的诱导,但表达模式各异;推测NAL11基因对水稻幼苗的抗旱能力起到一定的调节作用。